用于多波长激光损伤测试仪的滤光片设计与制备

发布时间：2017-07-16 17:20

  本文关键词：用于多波长激光损伤测试仪的滤光片设计与制备

  更多相关文章： 薄膜 LaTiO_3 SiO_2 后续处理 激光损伤阈值(LIDT)

【摘要】：应用于大功率、高能量激光系统中的薄膜元件是整个光学系统中重要而又易损的薄弱环节,光学薄膜一旦遭到激光损伤,不但会使成像质量降低,严重时还会导致整个光学系统无法工作。然而,目前薄膜的激光损伤阈值(laser-induced damage threshold,LIDT)仍缺乏有效的检测手段和方法,对薄膜激光损伤评判及损伤阂值测试仪的研究显得非常重要。本文基于以上背景,为了满足多波长共光路激光损伤测试仪的要求,需要解决测试仪中滤光片的设计和制备问题。本文研究了单层膜的抗激光损伤能力和制备工艺,对膜料进行了甄别选取；对滤光片的膜系和电场强场进行了优化,采用电子束热蒸发技术制备了滤光片；探究了后续处理工艺对滤光片激光损伤阈值的影响。研究过程获得的主要结论如下：1.采用电子束热蒸发技术制备了单层钛酸镧(LaTiO3)薄膜。研究结果表明：高折射率材料LaTiO3具有稳定的光学性能与较高的激光损伤阈值；对LaTiO3薄膜的制备工艺进行了优化,当沉积温度175℃、工作真空度2.0×10-2Pa、蒸发束流120mA(电子能量8KeV)时,得到的LaTiO3薄膜的激光损伤阈值为16.9J/cm2 (1064nm,10ns),比常规公共艺下TiO2、Ta2O5和HfO2单层膜的激光损伤阈值分别高46.19%、18.18%、28.42%。2.采用电子束热蒸发技术制备了单层氧化硅(SiO2)薄膜。研究结果表明：低折射率材料Si02具备较好的物理化学性能和较高的激光损伤阈值；在热蒸发过程中,当其他制备工艺相同时,充氧比不充氧情况下制备的Si02单层膜的激光损伤阈值高出15.38%；得到了优化后的制备工艺：沉积温度175℃、工作真空度1.5×10-2Pa、蒸发束流30mA(电子能量8KeV),此时Si02单层膜激光损伤阈值为24.1J/cm2 (1064nm,10ns)。3.采用TFCalc软件设计了滤光片膜系,选用LaTiO3和Si02作为高低折射率材料,得到优化后的膜系为G|(HL)10H0.5L|A。在光学镀膜机上进行了上述膜系的制备,并对其光谱特性和激光损伤阈值进行了测试,测试结果表明,样品单面镀膜后的透射率T532nm=94.76%, T1064nm=0.81%,激光损伤阈值为11.7J/cm2。4.对制备好的多层膜进行了激光辐照和电子束辐照处理,研究发现：当辐照激光能量为多层膜阈值的80%时,辐照后多层膜的激光损伤阈值提高效果最明显,较原值提高22.2%。当辐照能量为80%,采用不同辐照次数实验时,发现辐照3次后多层膜激光损伤阈值提高最显著,较原值提高12.6%；而采用电子束辐照样片,多层膜的激光损伤阈值反而会下降。
【关键词】：薄膜 LaTiO_3 SiO_2 后续处理 激光损伤阈值(LIDT)
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要3-5
• Absbact5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 短波通滤光片选材及设计10-11
• 1.2.2 薄膜内部因素对激光损伤阈值的影响11-12
• 1.2.3 后续处理工艺对激光损伤阈值的影响12-13
• 1.3 主要工作13-15
• 1.3.1 主要研究内容13-14
• 1.3.2 研究流程14-15
• 1.4 小结15-16
• 2 光学薄膜的激光损伤机理16-27
• 2.1 光学薄膜的激光损伤模型16-19
• 2.1.1 本征吸收及热损伤16-17
• 2.1.2 缺陷吸收17-18
• 2.1.3 热应力损伤18
• 2.1.4 电子崩离化18-19
• 2.1.5 多光子电离19
• 2.2 影响薄膜激光损伤阈值的主要因素19-23
• 2.2.1 激光因素19-21
• 2.2.2 薄膜因素21-22
• 2.2.3 薄膜的制备技术及工艺参数22-23
• 2.3 提高薄膜激光损伤阈值的途径23-25
• 2.3.1 材料甄选和工艺优化23
• 2.3.2 驻波场和温度场的设计23-24
• 2.3.3 激光预处理24
• 2.3.4 高温退火技术24-25
• 2.4 激光损伤测试25-26
• 2.5 小结26-27
• 3 单层膜的工艺研究27-41
• 3.1 高折射率材料的选取及最优工艺的确定27-35
• 3.1.1 高折射率材料的选取27-29
• 3.1.2 单层膜工艺的正交实验优化29-31
• 3.1.3 沉积温度对薄膜激光损伤阈值的影响31-33
• 3.1.4 工艺稳定性研究33-35
• 3.2 低折射率材料的选取及最优工艺的确定35-38
• 3.2.1 低折射率材料的选取35-36
• 3.2.2 低折射率材料单层膜的设计36-37
• 3.2.3 低折射率材料的工艺优化37-38
• 3.3 薄膜的光学带隙38-39
• 3.4 小结39-41
• 4 滤光片的设计与制备41-53
• 4.1 滤光片的膜系设计41-48
• 4.1.1 多层膜膜系初始设计41-44
• 4.1.2 多层膜电场场强优化设计44-48
• 4.2 多层膜的制备48-51
• 4.2.1 制备流程48-49
• 4.2.2 制备结果49-51
• 4.3 不同膜料制备滤光片的性能比对51-52
• 4.3.1 Ta_2O_5/SiO_2多层膜的设计与制备51-52
• 4.3.2 两组多层膜的光谱特性和激光损伤特性分析52
• 4.4 小结52-53
• 5 后续工艺处理对多层膜激光损伤阈值的影响53-59
• 5.1 激光辐照预处理53-56
• 5.1.1 不同辐照能量的影响53-55
• 5.1.2 不同辐照次数的影响55-56
• 5.2 电子束辐照处理56-58
• 5.3 小结58-59
• 6 结论59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 致谢67-69

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本文编号：549773